1. Nature Phys.：晶体和玻璃中热传输的统一理论

晶体和玻璃表现出根本不同的热传导机制：晶体的周期性允许激发传播的热量传播振动波，如Peierls首先讨论的那样，而在玻璃中缺乏周期性断裂Peierls的图像和热量主要由耦合携带振动模式，通常由Allen和Feldman介绍的谐波理论描述。因此，非谐性或无序是晶体或玻璃中导热性的限制因素。到目前为止，没有任何运输方程能够解释这两者。近日，罗马大学Francesco Mauri研究团队推导出这样一个方程，导致导热系数分别降低到非谐晶体或谐波玻璃中的Peierls和Allen-Feldman极限，同时也覆盖了两种效应相关的中间体系。这种方法还解决了长期存在的问题，即准确地预测具有超低或类似玻璃的导热性的晶体的热性质。

Simoncelli, M. Mauri,F. et al. Unified theory of thermal transport in crystals andglasses. Nature Physics, 2019.

DOI:10.1038/s41567-019-0520-x

https://www.nature.com/articles/s41567-019-0520-x

2. Nature Rev.Phys.技术评论：揭示隐藏在液体和玻璃中的关键结构特征

固体物理学的一个巨大成功是在倒易(波矢)空间中表征晶体结构。而进行傅里叶空间结构表征的能力来源于平移对称性和旋转对称性的破坏。然而，与晶体不同的是，液体和非晶固体在宏观尺度上具有连续的平移和旋转对称性，这使得傅里叶空间分析的效果大打折扣。最近一些研究指出，即使是在液体和玻璃中，也存在平移和旋转对称性的局部破坏。

有鉴于此，东京大学Hajime Tanaka、Hua Tong、Rui Shi、JohnRusso（共提通讯作者）回顾了用于表征明显无序液体和玻璃在真实空间中局部结构特征的几种数学方法。作者划分了液体和玻璃中的两种局部有序：分别由能量和熵驱动的局部有序。前者通过对称选择性定向键合从而在能量上优先，是水型液体(如水、硅、锗和硅)中常见异常行为的原因。后者通常在熵上占优，与类硬球模型玻璃形成液中非均匀、缓慢的动力学有关。作者还讨论了这种局部有序与晶体结构之间的关系及其对玻璃形成能力的影响。

图1. 水的主要结构描述符。

图2. 玻璃形成液的主要结构描述符。

图3. 动力学和结构描述符之间的相关性。

Hajime Tanaka, Hua Tong, Rui Shi & JohnRusso. Revealing key structural features hidden in liquids and glasses. NatureReviews Chemistry, 2019.

DOI: 10.1038/s42254-019-0053-3

https://www.nature.com/articles/s42254-019-0053-3#article-info

3. Nature Rev.Phys.展望：用二维材料定量评估透射电镜辐照效应

近年来，透射电镜仪器的发展使其成为原子尺度材料表征不可缺少的技术。同时，二维材料成为了理想的样品——其中每个原子或空位都可分辨。目前，聚焦电子辐照正在展示出新应用——对材料微结构甚至单个原子的受控操纵。评估这种方法的全部潜在应用需要精确理解电子与物质的相互作用，由于实验技术和理论模型的进步，这种方法正变得可行。在这篇展望中，奥地利维也纳大学Toma Susi团队总结了二维材料最新研究成果中相关的基础物理知识，重点是电子-物质相互作用的物理原理，而不是辐照引起的特定材料的缺陷。作者认为，二维材料可以为开发适用于多种材料的定量模型提供实验指导。

图1. 弹性/非弹性损伤。

图2. 运动核的弹性背散射中的能量传递。

图3. 电子辐照损伤截面大小。

Toma Susi, Jannik C. Meyer & JaniKotakoski. Quantifying transmission electron microscopy irradiation effectsusing two-dimensional materials. Nature Reviews Chemistry, 2019.

DOI: 10.1038/s42254-019-0058-y

https://www.nature.com/articles/s42254-019-0058-y#article-info

4. Nature Mater.：二维材料范德华异质结中的紊乱

原子级薄的2D材料因其独特结构引起研究者们的广泛兴趣，其性质和性能在很大程度上受到材料紊乱化的影响，包括由结晶缺陷引起的内在紊乱和由环境引起的外在紊乱，特别是2D体系对外部紊乱源非常敏感。最小化紊乱对于实现2D材料的期望特性以及改善设备性能和实际应用的可重复性是至关重要的。

哥伦比亚大学James Hone 课题组讨论了影响2D材料特性不同类型的紊乱结构，并回顾了两种典型2D体系中控制紊乱的进展：石墨烯和过渡金属二硫族化合物（TMD），以及通过将这些材料与六方氮化硼结合实现的范德瓦尔斯异质结构。对于石墨烯，现在可以通过机械剥离或生长获得高质量的薄膜，主要的紊乱是外在引起的。封装和器件制造技术的不断改进能够显著改进性能，从而能够研究各种新颖现象。对于TMD，外在和内在紊乱都是相关的。虽然可以通过减少外部紊乱来改善半导体TMD的电子和光学性能，但是还必须解决固有晶体质量的问题以实现石墨烯中所示类似的进展。此外，研究者还展示了如何利用原子缺陷或紊乱来提供有用的电子、光学、化学和磁学功能。

图. 2D材料中结构紊乱的类型。

Daniel Rhodes, Sang Hoon Chae, RebecaRibeiro-Palau, James Hone. Disorder in van der Waals heterostructures of 2Dmaterials. Nature Materials, 2019.

DOI: 10.1038/s41563-019-0366-8

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0366-8

5. Nature Photonics：单分子层半导体中的能谷光力学

将纳米力学与光子学、基于电荷/自旋的电子学相结合的研究，不仅改变了信息技术，而且促进了量子-经典过渡的基础研究。谷电子学利用电子谷自由度作为一种信息载体，近年来已成为计算和通信领域一个很有前景的平台。到目前为止，谷电子学主要涉及光电和磁方面的研究。最近，加州大学伯克利分校张翔团队实现了单分子层MoS₂半导体谐振腔的能谷-机械耦合，并将谷信息转化为机械运动状态。具体而言，作者利用具有磁场梯度的能谷载流子的磁矩来实现耦合。实验通过光学手段控制能谷状态，采用激光干涉法观测由此产生的机械驱动。在此基础上，通过调节泵浦激光、磁场梯度和温度，实现了对能谷-机械相互作用的控制。总之，该工作为实现谷驱器件和杂化谷量子系统打下了基础。

图1. 原理图：单层MoS₂的谷控机械运动。

图2. 单层MoS₂组装的能谷-机械耦合器件。

图3. 能谷驱动机械运动的实验观测。

Hao-KunLi, King Yan Fong, Hanyu Zhu, Quanwei Li, Siqi Wang, Sui Yang, Yuan Wang &Xiang Zhang. Valley optomechanics in a monolayer semiconductor. NaturePhotonics, 2019.

DOI:10.1038/s41566-019-0428-0

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0428-0#article-info

6. Nature Commun.：由牺牲模板和蜂窝状壳聚糖纳米纤维垫组成的止血水凝胶

开发可以用于各种紧急情况的止血材料和技术是目前十分热门的研究领域。而设计制备可以被吸收的医用敷料则是其中的重要一环。这种敷料的优点在于它可以留在受伤部位并降解以缩短介入治疗的时间。德州农工大学Karen L. Wooley团队和Mahmoud Elsabahy团队合作，将β-环糊精聚酯(CDPE)水凝胶作为牺牲性的大孔载体，其在生理条件下能够降解。CDPE模板可以对嵌入的壳聚糖蜂巢状单片进行组装，从而增加壳聚糖的表面积来提高材料的止血效率。体内实验结果表明，与商业上可吸收的止血敷料相比，负载壳聚糖的环糊精(CDPE-Cs)水凝胶能显著降低失血量，缩短止血时间，且具有很好的生物相容性。

EricE. Leonhardt, Karen L. Wooley, Mahmoud Elsabahy, et al. Absorbable hemostatichydrogels comprising composites of sacrificial templates and honeycomb-likenanofibrous mats of chitosan. Nature Communications, 2019.

DOI:10.1038/s41467-019-10290-1

https://doi.org/10.1038/s41467-019-10290-1

7. Nature Commun.：CO₂碰撞反应直接产生O₂

CO₂内转化为O₂分子是一种奇特的反应，即使用极端的光学或电子激发手段也很难观察到。近日，加州理工学院Konstantinos P.Giapis团队研究表明，当CO₂离子从固体表面以过高热入射能的两步连续碰撞过程发生散射时，该反应很容易发生。生成的O₂通过表面电荷转移优先电离于主要的原子氧产物之上，从而直接检测O₂⁺和O₂ ^-。碰撞动力学的第一原理模拟表明，O₂的生成是通过强弯曲的CO₂构型进行的，而不需要经过其它中间体。弯曲的CO₂提供了CO₂对称解离成C + O₂的动态通道，其产率为1 ~ 2%。

YunxiYao, Philip Shushkov, Konstantinos P. Giapis*, et al. Direct dioxygen evolution in collisions of carbon dioxide with surfaces. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-10342-6

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10342-6

8. Chem综述：通过热、电或光催化在温和条件下直接甲烷转化

在温和条件下将地球上富含的甲烷直接转化为增值化学品是一种有吸引力的技术，催化剂和反应体系是直接和温和转化甲烷的关键。最近开发的反应过程在低温热催化系统中运行或在电催化和光催化系统中驱动，为实现有效的甲烷转化提供了方便，并且具有非常经济的能量输入。

中科院大连化物所邓德会团队总结了这些反应体系中采用的典型催化方法，特别强调了C-H活化性能的潜在多相催化剂。此外，研究者还介绍了对催化剂设计、理论模拟、反应条件的选择以及反应产物分析方法的看法，以助力未来低温甲烷转化更可行的技术。

XianguangMeng, Xiaoju Cui, N. Pethan Rajan, Liang Yu, Dehui Deng, Xinhe Bao. Direct Methane Conversion under Mild Condition by Thermo-, Electro-, or Photocatalysis. Chem, 2019.

DOI:10.1016/j.chempr.2019.05.008

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30218-9?rss=yes

9. Chem综述：聚合物电解质用于锂基电池的进展及展望

聚合物电解质能够提高下一代锂（Li）基电池的高能量密度和安全性。悉尼科技大学汪国秀和西班牙Michel Armand团队总结了各类聚合物电解质的离子传输机理、基本性质和制备技术，如无溶剂聚合物电解质（SPE），凝胶聚合物电解质（GPE）和复合聚合物电解质（CPE），还介绍了非水系锂基电池系统的最新进展，包括高压锂离子电池、柔性锂离子电池、锂金属电池、Li-S电池、Li-O₂电池和智能锂离子电池，它们的性能可以通过聚合物电解质进一步增强。特别突出超出安全性改进的聚合物电解质的优点。最后，概述了现有的挑战和未来前景，为开发用于高性能锂基电池的新型聚合物电解质提供策略。

Dong Zhou,Devaraj Shanmukaraj, Anastasia Tkacheva, Michel Armand, Guoxiu Wang. Polymer Electrolytes for Lithium-Based Batteries: Advances and Prospects. Chem, 2019.

DOI:10.1016/j.chempr.2019.05.009

https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30219-0?rss=yes#%20

10. JACS：用超快二次谐波研究二维钙钛矿纳米片的相互作用

二维杂化有机-无机钙钛矿纳米片界面上的柔性有机胺阳离子可以形成松弛结构，但难以理解会产生奇异的光电性质。南开大学Wei Li，Xian-He Bu和Pei-Xiang Lu联合中国科学院理化技术研究所Zhe-Shuai Lin团队通过超快二次谐波产生（SHG）光谱来研究从正交二维钙钛矿[(C₆H₅CH₂NH₃)₂]PbCl₄剥离的纳米片的不寻常的界面弛豫。研究发现，这些纳米片的面内SHG强度各向异性随着层厚度的减小而降低。实验模拟表明，诱导的二阶极化主要来自(C₆H₅CH₂NH₃)⁺阳离子;并且这些有机胺阳离子形成显着重组的构象，由于减弱的范德华相互作用而具有减小的纳米片厚度。由于界面处有机组分的取向决定了其电性能，特别是偶极磁化率，因此产生的结构导致SHG性质的显着变化。

Wei, W.-J., Jiang, X. et al. Regulating Second-Harmonic Generation by Van der Waals Interactions in 2D Lead Halide Perovskite Nanosheets. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b01874

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b01874

11. AFM：液态聚二甲基硅氧烷接枝实现无枝晶高稳定锂金属负极

  锂金属负极凭借其不可比拟的理论比容量和极低的氧化还原电势等优势而成为开发新一代高比能二次电池中最具希望的负极材料。然而，锂金属电池中枝晶生长造成的安全问题和循环性能不佳严重限制了其实际应用。

在本文中，中科院上海硅酸盐研究所李驰麟团队利用甲氧基封端的液态聚二甲基硅氧烷（PDMS）对锂金属进行接枝提高了其抑制枝晶生长的能力。这种接枝使得金属锂负极表面的SEI膜中含有更多LiF和Li-Si-O-基的成分，从而能够成为刚性屏障和离子传导体实现锂离子流和锂金属的均匀分布。接枝保护的负极在Li/Li对称电池中的循环寿命长达1800 h，在锂沉积-剥离过程中其电压差值仅有25 mV。在3mA/cm²的电流密度和4 mAh/cm²的沉积量下Li/Cu电池的库伦效率在碳酸酯电解液中可高达97%。这种液态PDMS相比接枝能力差的固态硅烷添加剂在金属锂修饰和SEI膜稳定方面具有独特的优势。

JunweiMeng, Chilin Li et al. Liquid Polydimethylsiloxane Grafting to Enable Dendrite‐Free Li Plating for Highly Reversible Li‐MetalBatteries. Advanced Functional Materials, 2019

DOI: 10.1002/adfm.201902220

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201902220

12. AFM：AIEgen-蛋白纳米复合材料用于深度和高分辨率的双光子活体脑成像

双光子荧光成像技术可以用于在体内研究深部组织的生物结构和活性，而开发具有高光稳定性和良好生物相容性的荧光团则是其中目前研究的热点。新加坡国立大学刘斌教授团队利用胎牛血清（BSA）去络合小分子AIE荧光团(AIEgen)开发了具有蛋白质尺寸的AIEgen-蛋白纳米复合材料TPEPy-FBS，它具有明亮的远红外/近红外光(NIR)发射，良好的耐光性，低光毒性等优点，可用于在体内进行高分辨率的大脑深处血管双光子荧光成像。

在与FBS络合后，TPEPy的荧光强度大大增强，其光毒性也被显著抑制。TPEPy-FBS在水介质中也表现出很好的物理稳定性。此外，TPEPy-FBS在远红/近红外区域也表现出明亮的双光子荧光，其在飞秒级激光的激发下也有着很好的光稳定性，有利于在体内进行高性能的成像。结果证明，该材料在脑血管网络成像中可以实现较好的成像深度（656 μm），高的信号背景比（234），并可分辨出1.05 μm的小毛细血管。

ShaoweiWang, Bin Liu, et al. Bright AIEgen–Protein Hybrid Nanocomposite for Deep and High-Resolution In Vivo Two-Photon BrainImaging. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI:10.1002/adfm.201902717

https://doi.org/10.1002/adfm.201902717